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天然气管道干燥施工方法
天然气管道在投产试用前进行干燥施工作业，主要是解决管道中积水问题。管道中含有水，不仅会腐蚀管道内壁和附属设备，影响天然气质量，而且在一定温度、压力作用下，还会形成水合物，严重影响天然气管道的安全平稳运行。在以往的输气管道建设中，由于忽视输气管道的干燥问题，经常出现冰堵或损坏阀门附件事故，给管道运营带来极大的安全隐患。目前，天然气管道的干燥问题逐步被各施工、运营和使用单位所重视，对管道干燥方法、工艺、施工技术的研究，必将有力推动我国管道干燥技术的全面发展。
   一、天然气管道干燥的必要性
    目前很多管道在投产前所进行的管道试压中，大部分采用的是水试压，这也是最安全的一种试压方式，但也为今后的管道运行留下了一定的安全隐患。在清管过程中，由于很难将管道内的积水全部清理干净，管道内部积水，对长输管道而言，危害极大。管道内残留液态水会产生以下几个方面的危害。
    (1) 管道中残留的液态水是造成管道腐蚀的主要原因。天然气中的少量酸性气体，如H2S、CO2等在有水的条件下能生成酸性物质，使管道内部产生危害较大的应力腐蚀。内部腐蚀是影响管道系统使用寿命及其可靠性的重要原因，也是引发管道事故的重要原因，因管道内部腐蚀造成的事故在输气管道事故中占很大比例。有关资料表明，苏联在1981～1990年的10年间，因内部腐蚀引起的事故有52次，占事故总数的6.9%；美国在1970～1984年的14年间，因内部腐蚀引起的事故有428次，占事故总数的7.3%。
    (2) 管道中液态水是形成天然气水合物的必要条件之一。天然气水合物又称固态甲烷，由天然气与水组成，呈固体状态，其外貌很像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，因此有人称其为可燃冰、气冰、固体瓦斯。天然气水合物的结晶格架主要由水分子构成，在不同的低温高压条件下，水分子结晶形成不同类型多面体的笼形结构。形成水合物有两个条件，一是管道内有液态水或天然气处于水蒸气的过饱和状态；二是管道内的天然气要有足够高的压力和足够低的温度。天然气水合物一旦形成后，就会减少管道的流通面积，产生节流，加速水合物的进一步形成，从而造成管道、阀门和一些设备的堵塞，严重影响管道的安全运行。
    (3) 天然气含水量上升将降低天然气质量。管道内液态水的存在会降低管道的输送能力，还会使天然气的含水量升高，从而导致天然气的质量下降，严重影响用户的正常使用。
    在天然气管道投运前，应严格按照国家标准《天然气管道试运行投产规范》(GB50251—94)对天然气管道进行脱水、干燥处理，是管道内空气露点达到规定的要求。确保管道安全平稳运行，满足客户对天然气质量的要求。
    二、天然气管道干燥方法的比较
    对输气管道进行干燥的主要目的，是将清管扫线后残存的液滴和气态水清除掉。待管道干燥合格后还应采取必要的措施，防止湿空气重新进入管道。天然气管道干燥合格的标准是水露点小于一20C。目前，对管道干燥处理有以下4种方法，干空气干燥法(干空气加清管干燥列车)、真空泵干燥法、氮气干燥法以及脱水清管列车干燥法(天然气驱动甲醇等)。但应用于工业现场的管道干燥施工方法主要有3种，即干燥剂干燥法、真空泵干燥法和干空气干燥法。
    1、干燥剂干燥法
    干燥剂干燥法一般用甲醇、乙二醇或三甘醇作为干燥剂，干燥剂和水可以任意比例互溶，所形成的溶液中水的蒸气压大大降低，从而达到干燥的目的。残留在管道中的干燥剂同时又是水合物抑制剂，能抑制水合物的形成。在应用过程中，由于乙二醇或三甘醇的价格费用较高，故一般选用甲醇作为干燥剂。随着工业生产重视环境程度的不断提高，干燥剂干燥法在工业现场的应用受到一定限制。
    2、真空泵干燥法
    真空泵干燥法是指采用真空泵通过减小管内压力，使附着在管内壁上的水分沸腾汽化，达到除净管内自由水的一种方法。真空泵干燥法对系统、设备的质量要求较高，在实际工业生产中应用前景广阔。
    3、干空气干燥法
    干空气干燥法是指将干燥空气低压进入管道内进行吹扫，利用低露点空气对水分的吸附能力，达到对管道进行干燥的目的。在理想状态下，管道内的水会被低露点干燥空气吸附，并被后面的干燥空气吹出管道。但在实际中，干空气不可能完全将已吸附水分的湿空气吹出管道。尽管这种干燥方法的干燥效率并不高，但对于变径管道和无法使用清管器的管道，如果采用干空气进行管道干燥，是一种可行的施工方法。

    三、干空气通球干燥施工技术
    西气东输工程采用的天然气管道干燥方法主要是干空气干燥法，干空气干燥法主要有两种施工方法，一种是直接采用干燥空气对管道进行吹扫；另一种是结合使用清管器对天然气管道进行干燥。从干燥效率和效果上，前者不如后者；从应用范围上，后者更适用于通径管道，而前者适用于所有管道，包括变径管道和天然气场站。
    干空气通球干燥法的施工步骤为，在管道中预先放置1枚或数枚高密封机械清管器或泡沫清管器，以低露点干燥空气为动力推动清管器前行，通过清管器的隔离作用，完成干空气和湿空气的置换过程(见图1)。在末站设置一个水露点检测点，通过干空气与湿空气的不断置换，反复检测干空气的水露点，直至水露点达到规范要求为止，管道干燥过程见图2。这种干燥方法适合于长距离通径管道的干燥。

    1、 干燥流程

    高密封直板混合清管器主要由2片聚氨酯皮碗、4片密封板和2片支撑板组成。能够有效地清除管道内的积水，提高清管效率。高密封直板混合清管器见图3。

    泡沫型清管器外表光滑带微孔，有一定的吸水能力．可以推出管内湿空气，分散积水，能够在管道内行走100km。通过对泡沫清管器清管前后的称重，可以确定管内的含水量是否达到了干燥标准。若含水量过高，则需要用高密封直板清管器进行清管，然后再用泡沫清管器清管检测。或利用清管列车来提高清管效率和干燥质量。清管列车见图4。

    2、 干燥合格标准及注意事项

    (1)清管、干燥的合格标准是管道内水膜厚度不大于0.1mm。
    (2)根据情况可对泡沫清管器进行称重，如含水量偏高，可进行一次高密封直板清管器清管。
    (3)验收时如发现与合格标准仍有一定差距，可直接用干空气低压吹扫，直至达到合格标准为止(水露点小于-20℃)。
    (4)为了收到更好的干燥效果，泡沫清管器的速度应控制在0.5～1m/s。
    (5)干燥合格后如不立即进行注氮或置换，应采用0.02～0.05MPa的干空气填充密封。
    3、 清管器的速度控制

    根据规范，清管器的运行速度宜控制在12～18km/h，具体方法是根据各监测点的数据报告，计算清管需要的风量和压力，通过调节压风车排量来控制清管器的速度。

    4、干燥需要的设备

    管道干燥所需的设备有高压风机(奥地利生产的LMF-120/15、LMF-70/150和美国库伯公司生产的40X-8-70/150)、清管器(高密封直板清管器、普通皮碗清管器、泡沫清管器信号发射机、清管器信号接收机)以及便携式指示仪。
    四、结束语
    目前国外任何一条高标准的管道，无论是气压试验还是水压试验，都要经过干燥处理。由于管道干燥方法很多，欧洲公司大都采用真空干燥法，美国、加拿大等都采用干空气干燥法，天然气管道干燥技术在国内刚刚起步，但已经越来越受到重视，特别是在西气东输管道上采用干燥工艺，必将会促进国内天然气管道干燥施工理论和实践的不断完善。

向苍义整理编制
2010年8月6日

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